基于可穿戴方式老人跌倒预警系统的设计

李嘉祺　胡诗甜　胡嘉威　陈刚

摘要：跌倒是对老人身体造成严重危害的常见原因。论文设计了一种基于可穿戴式的老人跌倒预警系统，其中三轴加速度传感器、陀螺仪用来采集跌倒过程中人体的加速度及角速度信号。系统通过阈值分析监测老人的运动行为，并将运动数据上传到PC服务器端。实验表明，该系统能对老人跌倒实现及时监测及预警。

关键词：可穿戴式设备；老人跌倒预警；阈值分析；支持向量机

1概述

当今社会人口老龄化问题日益突出，如何对老人进行智能有效监护成为当代医疗科技关注的焦点。老人的身体机能较差，在日常生活中很容易发生跌倒。随着低功耗蓝牙4.0标准的推出及普及，可穿戴设备的低功耗、便携、云端互联等性能优势越来越明显。针对可穿戴式老人跌倒预警系统的研究，有的仅仅提出跌倒的检测方法，并没有提出老人跌倒后的措施；有的提出纽扣型可穿戴节点的预警系统，但其所有实验数据均在模擬环境中得出，与实际情况存在偏差；有的设计出可穿戴式老人摔倒及其生理监测系统，但其功能过于复杂。因此，本文提出这种基于可穿戴式的老人跌倒预警系统能在短时间内对老人跌倒进行有效预警，并提供客户界面方便分析老人近段时间的身体状况。系统工作原理图如图1所示。

本可穿戴式老人跌倒预警系统在老人跌倒后能通过随身携带的智能手机快速检测并给予援助，功能模块包括超低功耗、实时运动采集、智能行为分析、拨打亲情电话、运动数据提交到PC服务器等。

2硬件平台设计

老人跌倒预警系统的运动数据由可穿戴节点采集，设备具有易于佩戴、体型微小、耗电量低等特点，采用nRF51822作为BLE硬件，MPU6050为运动传感器硬件，共同组成数据采集平台，为了实现便携，元件选用贴片封装。系统采用LDO方案降压，用500毫安锂电池供电，如图2所示。

3软件平台设计

为了更大限度提高系统的工作时间，MPU6050的12 INT引脚与nRF51822的14引脚相连。若一段时间内MPU6050没有传送有效数据到nRF51822，则系统判定老人休息，nRF51822进入到休眠状态。当系统监测到运动数据时，MPU6050的加速度传感器通过设定好的mpu6050_register_write0、mpu6050_regis—ter_readf）两个函数实现中断，唤醒nRF51822。安卓平台采集可穿戴节点的运动数据，实现跌倒判读，PC端服务器保存安卓平台发送的运动数据。